Альтернативная энергетика

Альтернативные источники энергии

Альтернативные источники энергии

Итак, для начала определимся всё-таки, что же такое альтернативная энергетика. И определение звучит следующим образом. Альтернативная энергетика — это совокупность многообещающих методов получения энергии, распространение которых не так широко, как традиционных, но они представляют собой большой интерес по причине своей выгодности и их можно использовать при низком риске неблагоприятных последствий для окружающей среды. Исходя из этого альтернативные источники энергии это топливо для альтернативной энергетики.

Большинство согласится, что когда-нибудь придется отказаться от привычного топлива. Это причина войн, загрязнения среды и изменения климата. Но, ученые уже много лет исследуют альтернативные источники, подобные солнцу, ветру и воде.

Однако ветроэнергетические системы и солнечные панели всё равно являются более дорогими в сравнении с переработкой угля и нефти, также они пригодны не для всех областей.

По этой причине исследователи не перестают искать новые решения, постепенно обращая внимание на менее популярные методы. Некоторые довольно необычны, некоторые – глупы, нереалистичны, и местами отвратительны.

Творческий подход к поиску альтернативных источников энергии приближает к решению вопросов энергетической безопасности. И это не обязательно должны быть масштабные проекты. Нет ничего плохого в решениях, которые рассчитаны на применение на мелком уровне – в деревнях или поселениях развивающихся стран.

Далее вам будут представлены 10 самых необычных источников энергии. Но кто знает, может в недалёком будущем эти самые необычные «батарейки» и будут использоваться человечеством.

10 альтернативных источников энергии

Энергия будущего. Альтернативные источники энергии будущего

Сахар

Сахар

1) Засыпать сахар в бак автомобиля старая и далеко не безобидная шутка, которая может привести к поломке двигателя. Но сахар может быть превосходным топливом для вашего авто. Специалисты Виргинского института работают над выработкой из сахара водорода, использование которого возможно в качестве чистого и недорогого топлива, которое не выделяет токсичных веществ и запаха. Ученые растворяют сахар в воде с тринадцатью мощными ферментами в реакторе, который вырабатывает из смеси водород.

Водород улавливается и закачиваться в батарею, чтобы произвести энергию. В результате чего образуется в 3 раза больше водорода, чем традиционными методами, что влияет на стоимость технологии.

К сожалению, перед тем как потребители смогут заправлять автомобили сахаром, то пройдет еще десяток лет. Ближайшей перспективе наиболее реалистичным будет конструирование батарей на сахаре для ноутбуков, мобильных телефонов и иной электротехники. Эти батареи будут работать продолжительнее и надежнее сегодняшних аналогов.

Энергия солнечного ветра

Андрей Воронин. Альтернативные источники энергии

Энергия солнечного ветра

2) Энергия, больше в 100 миллиардов раз, чем в настоящее время потребляет человечество всей планеты, находятся в прямом смысле под рукой. Это энергия солнечного ветра – потока заряженных частиц, которые испускает Солнце. Брук Хэрроп, физик из Вашингтонского государственного университета в Пуллман и физик Дирк Шульце-Макух из Вашингтонского государственного института исследования окружающей среды и природных ресурсов полагают, что эти частицы можно захватить с помощью спутника, который вращается вокруг Солнца по орбите Земли.

Согласно этому проекту, спутник, будет иметь медный провод, который заряжается от батареи, находящаяся здесь же, чтобы создать магнитное поле, которое подхватит электроны из этого ветра. Энергия электронов будет передаваться отсюда на Землю с помощью инфракрасного лазера, и на него не будет влиять атмосфера Земли.

В реализации данного проекта существуют и препятствия. Для начала, нужно решить вопрос, о защитите спутника от космического мусора. Во-вторых, атмосфера Земли может поглотить немного энергии, которая передаётся с огромного расстояния. И нацеливание инфракрасного луча в выбранное место это не простая задача.

Эта разработка имеет перспективы для обеспечения энергией космических аппаратов.

Метан из фекалий животных

Метан из фекалий животных

3) Большое количество людей считают, что моча и кал нужно моментально ликвидировать. Но экскременты, которые выработаны как людьми, так и животными, содержит метан, который не имеет ни цвета, ни запаха, но может вырабатывать энергию лучше природного газа.

Идею превращения собачьего кала разрабатывают минимум, 2 группы исследователей – одна в Кембридже (штат Массачусетс), другая, специалистами из компании «NorcalWaste», Сан-Франциско. Две группы предлагают владельцам животных использовать при выгуле своих питомцев пакеты, для уборки отходов. После чего пакеты выбрасываются в «реакторы», где и происходит выработка метана, использовать его можно для освещения улиц.

На фермах Пенсильвании как новый источник энергии рассматривают навоз скота. 600 коров за сутки производят около 70 000 кг навоза, что – при использовании – позволит ферме экономить около 60 000 долларов в год. Эти отходы могут применяться как удобрение, и для освещения и обогрева домов. А американская компания «Hewlett-Packard» рассказала, как фермеры могут увеличить свой доход, сдав в аренду Интернет-провайдерам свою, чтобы те использовали энергию из метана для компьютеров.

Человеческие отходы не менее ценны. В Австралии, есть Volkswagen-«жук», который работает на метане, полученный после очистки сточных вод. А поданным инженеров компании «WessexWater» из Британии, отходы из 70 домов дают достаточно метана, чтобы автомобиль смог пройти без остановок 16 000 км.

О моче тоже не нужно забывать. Исследователи от факультета физических наук и инженерии Университета Гериот-Ватт пробуют создать первую в мире батарею на моче. Эта технология сможет найти применение как космической, так и в военной отрасли, позволяя производить энергию в пути. Мочевина это доступное и нетоксичное органическое вещество, богатое азотом. Так что люди буквально носят в себе химическое соединение, которое может быть источником энергии.

Человеческое тело как электростанция

Человеческое тело

4) Когда вы будете ехать в вагоне метро в жаркий день, постарайтесь задуматься о том, что тепла, которое производит ваше тело, хватит для того, чтобы обогреть целое здание. Так думают в Стокгольме и Париже. Компания управления недвижимостью «Jernhuset» разрабатывает план использования тепла, которое выделяют пассажиры поезда метро, который проходит через Центральную станцию в Стокгольме. От тепла будет нагреваться бегущая по трубам вода, поступающая в вентиляционные системы зданий. А в Париже владелец жилого комплекса в Париже хочет обогреть при помощи пассажиров метро 17 квартир вблизи центра Помпиду.

Как бы это ни странно звучало но, не менее вероятным оказывается проект, который использует для обогрева здания энергию мертвых тел. Этим методом пользуется один крематорий в Британии, который обогревается своими «клиентами». Тепло от сжигания тел умерших и раньше улавливался системой очистки от ртути, однако теперь тепло пропускают по трубам для того, чтобы обогреть здания.

Пьезоэлектрические материалы

Пьезоэлектрические материалы

5) Оторвись и помоги природе – под этим лозунгом можно рекламировать новую стратегию. Роттердамский клуб «Watt» использует вибрации ходящих и танцующих клиентов для энергоснабжения светового шоу. Это возможно благодаря использованию пьезоэлектрических материалов, которые могут под давлением превращать вибрации в электричество.

Армия США также заинтересованно использует пьезоэлектрики для того, чтобы получить энергию. Пьезоэлектрики помещаются в солдатские ботинки, что бы получать питание для радиоприемников и других электрических устройств. Несмотря на огромный потенциал, эта технология не очень распространена. Главным образом, из-за своей большой стоимости. На установку такого пола на 2500 кв.м. клуб «Watt» затратил 257 000 долларов, которые так и не окупились. Однако в будущем это покрытие будет улучшено для того, чтобы увеличить объем вырабатываемой энергии – танцы будут по-настоящему энергичными!

Токсичный шлам

Токсичный шлам

6) Лишь в одной Калифорнии ежегодно вырабатываются больше 700 000 тонн шлама – нерастворимых отложений паровых котлов в качестве ила или в твердом виде. Но не всякий задумывается, что этого материала хватит, чтобы произвести 10 000 000 киловатт-часов электричества в сутки. Исследователи из университета Невады, которые занимаются сушкой осадка, чтобы превратить в него горючее для следующей газификации, что приведет к производству электричества. Ученые придумали установку, которая превращает вязкий осадок в порошок с использованием «кипящего» при невысокой температуре песка. В итоге мы получим недорогое, но качественное топливо.

Эта технология, превращает отходы в топливо и может работать прямо на производствах, экономя средства для перевозки и утилизации шлама. Эти исследования еще не закончены, но предварительные оценки говорят, что работающая на полной мощности система теоретически может вырабатывать 25 000 киловатт-часов энергии в сутки.

Флуоресцентный белок в медузах

Флуоресцентный белок в медузах

7) Медузы, которые живут на глубине, и содержат вещества, которые могут стать источниками энергии. Светятся они благодаря зеленому флуоресцентному белку. Команда учёных университета Чалмерса поместила этот белок на электроды и облучала их УФ лучами, и вещество начало излучать электроны.

Данный белок использовали для создания биологического топлива, которое производит электричество без источника света, вместо него применялась смесь веществ – магния с биокатализатором люциферазой, который обнаруживается в светлячках.

Озеро Ниос в Камеруне

Озеро Ниос в Камеруне

8) Существуют три «взрывающихся озер», которые получили свое название из-за больших объемов углекислого газа и метана, накапливающиеся в глубинах из-за разности в температуре и плотности воды.

Если уровень температуры изменится, то газы вырвутся из озера, словно пробка из бутылки с газировкой, убив при этом все живое в пределах досягаемости. Такая трагедия произошла в 1984 году в Камеруне, когда озеро Ниос выбросило большое облако углекислого газа, который и стал причиной гибели сотен людей и животных.

Похожее озеро (Киву) есть и в Руанде. Однако местное правительство приняло решение об использовании этого смертоносного газа во благо и построило здесь электростанцию, она выкачивает газы из озера и применяет их для приведения в движение 3х генераторов, которые производят 3,6 МВт энергии. Правительство прогнозирует, что вскоре эта электростанция сможет вырабатывать столько энергии, сколько хватит для удовлетворения в потребности трети страны.

Бактерии E. coli

Бактерии E. coli

9) В природе живут миллиарды бактерий, и, как и всякое живое существо, у них есть своя стратегия выживания, если не будет хватать пищи. Например, у бактерии E. coli есть запас жирных кислот, состав которых напоминает полиэстер. Эти же жирные кислоты применяются при получении биодизельного топлива. Увидев эту особенность бактерий, ученые, предвидя большие перспективы способ их генетического усовершенствования для производства огромного количества кислот.

Для начала учёные удалили из бактерий ферменты, после чего обезводили жирные кислоты, чтобы убрать кислород. В результате чего они преобразовали бактерии в подобие дизельного топлива.

Углеродные нанотрубки

Углеродные нанотрубки

10) Углеродные нанотрубки представляют собой пустые трубки, которые состоят из атомов углерода. Область их применения очень широка: от брони до создания «лифтов», которые могут перевозить различные грузы на Луну. А недавно группа учёных из Массачусетского института нашла возможность использования нанотрубок для того чтобы собирать солнечную энергию, причем эффективность этих трубок в 100 раз лучше, чем у известных нам на сегодняшний день фотогальванических элементов. Данный эффект достигается благодаря тому, что нанотрубки функционируют как антенны по захвату солнечных лучей и перенаправления их на солнечные батареи, которые преобразуют их в солнечный свет. Таким образом, вместо того, чтобы покрывать всю крышу своего дома солнечными батареями, человек, который желает использовать солнечную энергию, путём использования углеродных нанотрубок, занимающими в несколько раз меньше площади.

По данным Международного энергетического агентства (МЭА), доля производства электроэнергии с использованием ВИЭ (кроме энергии воды) в странах, входящих в Организацию экономического сотрудничества и развития (OECD), в январе-сентябре 2010 года по сравнению с аналогичным периодом 2009 года выросла с 2% до 3%, в то время как доля атомной энергетики сократилась с 22% до 21%. Доли производства электроэнергии из горючего топлива и на гидростанциях остались прежними – на уровне 62% и 14% соответственно.

Страны-лидеры

Странами-лидерами в развитии производства энергии из нетрадиционных источников являются Исландия (около 25% приходится на долю ВИЭ, в основном используется энергия геотермальных источников), Дания (20,6%, основной источник – энергия ветра), Португалия (18%, основные источники – энергия волн, солнца и ветра), Испания (17,7%, основной источник – солнечная энергия) и Новая Зеландия (15,1%, в основном используется энергия геотермальных источников и ветра).

Из стран, не входящих в ОЭСР в развитие альтернативной энергетики в 2010 году инвестировали Ватикан, Китай и Индия. В Ватикане в 2010 году было завершено строительство самой большой в Европе солнечной электростанции, которая позволит стране практически полностью отказаться от использования других источников энергии. В строительство этого проекта в 2009 году было вложено около 660 млн. долларов. Она уже готова и заняла порядка 3-х км² рядом с Санта Мария ди Галериа, а также на крыше конференц-зала имени Павла Шестого.

Индия также планирует инвестировать в проекты развития солнечной энергетики. Ожидается, что к концу 2011 года в штате Гуджарат будет построена электростанция, генерирующая 1000 МВт. Проект оценивается в 1,78 млрд. долларов.

В то же время Китайское правительство продолжает активно финансировать проекты развития альтернативной энергетики. В 2010 году Китай встал на второе место в мире после США по объёму произведённой энергии с использованием силы ветра, обогнав Германию. Планируются и новые проекты по строительству ветропарков.

Развитие ветроэнергетики

В течение года по всему миру запускались новые ветропарки, совершенствовались технологии ветрогенераторов. По прогнозам Глобального совета по ветроэнергетике (GWEC) и Гринпис, доля электроэнергии в мире, произведённой с помощью силы ветра, к 2020 году может достигнуть 12%. Одним из итогов этого процесса стало подписание 3 декабря 2010 года меморандума о реализации проекта создания единой оффшорной сети ветряных электрогенераторов на побережье Северного моря общей мощностью 140 ГВт. Меморандум был подписан представителями десяти стран Евросоюза: Дании, Германии, Бельгии, Норвегии, Швеции, Франции, Ирландии, Люксембурга, Нидерландов и Великобритании. Этот проект позволит не только усилить позиции альтернативной энергетики в Европе, но и развить единую электроэнергетическую систему ЕС.

Биоэнергетика

Ещё одной тенденцией развития альтернативной энергетики в мире в 2010 году можно назвать усиление внимания к возможностям биоэнергетики в связи с тем, что использование таких технологий позволит достичь одновременно двух целей: производство энергии и сокращение объёма СО2 в атмосфере. Эта тема стала одной из основных во время прошедшего в Канкуне в декабре 2010 года саммита по проблеме изменения климата. Новые углерод-отрицательные технологии, основанные на производстве энергии из различных видов биомассы, широко обсуждали на саммите и заинтересовали правительства многих государств. Беллона неоднократно писала об этих технологиях и возможностях для их использования. http://www.bellona.ru/archives/articlearchive?subject_serial=1291208033.34&filtervalue=2010

Для развития международного сотрудничества на уровне ООН в сфере альтернативной энергетики в 2010 году имело большое значение начало работы созданного в конце 2009 года специального Международного агентства по возобновляемой энергетике (IRENA). К соглашению о развитии возобновляемой энергетики тогда присоединились 148 стран, хотя на сегодняшний далеко не все его ратифицировали. Эффективность работы агентства – это, своего рода, показатель серьёзности намерений стран развивать альтернативную энергетику в мире. 2010 год оказался для агентства довольно сложным. Вследствие того, что не все страны выполнили свои обязательства по перечислению средств в бюджет агентства, недофинансирование составило 8,4 млн. долларов за год. Самыми крупными должниками оказались Япония и США. Причём США пока даже не ратифицировали соглашение в Сенате. Некоторые аналитики считают, что такая ситуация с финансированием могла быть вызвана последствиями экономического кризиса, поэтому в следующих годах такой проблемы не возникнет. Между тем, финансовая проблема – не единственная. В октябре 2010 года неожиданно сняла с себя полномочия директор IRENA Хелен Пелоссе, хотя изначально планировалось, что она будет занимать этот пост до 2014 года. О её мотивации ничего известно не было. Тем не менее, сейчас ещё рано судить об эффективности работы агентства, оно находится в стадии формирования и организации своей работы. Как и все международные институты, прежде чем будет заметно его влияние на мировое развитие возобновляемой энергетики должно пройти много лет.

Ситуация в России

Альтернативная электроэнергетика в России за 2010 год продвинулась вперёд не сильно. Несмотря на то, что начали появляться локальные проекты по использованию местных ВИЭ в регионах страны, общая доля альтернативной энергетики в энергетическом балансе России так и осталась на уровне около 1%. Напомним, что в энергетической стратегии России запланировано повысить этот показатель до 4,5% к 2020 году. Таким образом, задача развития альтернативной энергетики в России на высшем уровне поставлена, но обеспечены ли механизмы для её реализации?

В течение года, выступая на различных мероприятиях, в том числе и международных, посвящённых энергетике и энергоэффективности, Президент Дмитрий Медведев не раз подчёркивал важность развития альтернативных источников энергии. Слова премьер-министра Владимира Путина оказывались более противоречивыми. Например, в сентябре на заседании международного дискуссионного клуба «Валдай» в Сочи он заявил, что единственная альтернатива углеводородному топливу на сегодня – это атомная энергия, другие же альтернативы – «пока баловство». Но уже в декабре на межрегиональной конференции «Единой России» в Хабаровске Путин отметил важность развития альтернативной энергетики, в частности использование энергии геотермальных источников на Камчатке. Такая непоследовательная политика Правительства России ставит под сомнение достижение целевых показателей энергетической стратегии.

В то же время, уже не первый год эксперты говорят о том, что для полноценного развития альтернативной энергетики в России не хватает нормативно-правовой базы. Вопрос её модернизации решается, к сожалению, очень медленно и сложно. Тем не менее, определённые успехи в этом направлении в 2010 году были достигнуты. В октябре вышло постановление Правительства РФ об утверждении критериев для предоставления из федерального бюджета компенсации стоимости объектов, генерирующих энергию с помощью ВИЭ с мощностью не более 25 МВт. Оно должно стимулировать строительство электростанций, использующих энергию возобновляемых источников.

Также, 28 декабря Президент РФ подписал закон, вносящий изменения в ФЗ «Об электроэнергетике», позволяющие заключать долгосрочные договора купли-продажи мощности, произведённой на объёктах с использованием ВИЭ, по особой цене, регулируемой оптовым рынком. Несмотря на то, что эти документы создают определённую инфраструктуру для развития ВИЭ в России, подобных мер в данном случае недостаточно.

Так и не рассмотрен в Государственной Думе проект закона о мерах государственной поддержки использования ВИЭ в РФ, подготовленный ОАО «Русгидро» совместно с другими экспертами в этой области.

Толчок дан атому, а не ВИЭ

Мировой опыт показывает, что первоначальный толчок к развитию альтернативной энергетики, особенно в странах, богатых традиционными источниками, должен быть дан государством. В России же никакой поддержки этом сектору энергетической отрасли практически не оказывается. В федеральном бюджете на 2010 год не было заложено никакой финансовой поддержки проектам ВИЭ, и, наоборот, выделялись средства на атомную промышленность (более 400 млн. рублей субсидий и 53 млрд. рублей в виде имущественного взноса в ГК «Росатом») или, например, угольную отрасль. Небольшое финансирование разработки технологий ВИЭ осуществлялось только в рамках проекта развития нанотехнологий. Не предусмотрены никакие субсидии на развитие альтернативной энергетики и в принятом бюджете на 2011 и прогнозные 2012 и 2013 годы.

ОАО «Русгидро», на которое Правительство РФ возложило функции по развитию всей возобновляемой энергетики, а не только гидроэлектростанций, не имеет пока достаточно собственных средств для реализации проектов по альтернативной энергетике. На сегодняшний день компания реализует совместно с региональными властями всего четыре таких проекта:

— бинарный энергоблок на Паужетской ГеоЭС в Камчатском крае мощностью 2,5 МВт.

— увеличение установленной мощности той же ГеоЭС за счёт использования вторичного тепла до 13 МВт.

— северная приливная станция в Мурманской области мощностью 12 МВт.

— Дальневосточная ветроэлектростанция в Приморском крае мощностью 36 МВт.

Позитивные итоги

Позитивным итогом 2010 года, который действительно может стимулировать развитие альтернативной энергетики в России, несомненно, можно назвать запуск программы Международной финансовой корпорации (IFC) по развитию ВИЭ. Целью проекта является раскрытие потенциала рынка альтернативной энергетики в России.

За пять лет при поддержке российских партнеров, среди которых Российское Энергетическое Агентство и компания «Русгидро», IFC планирует реализовать не менее 30 пилотных проектов общей мощностью 205 МВт. Совокупный объем инвестиций составит около 366 млн долл. Из них 150 млн долл. предоставит IFC. Приоритетными направлениями будут ветроэнергетика (на юге и северо-востоке страны, а также на Дальнем Востоке) и энергия биомассы (преимущественно на юге России).

По оценкам IFC, для того чтобы довести уровень генерации ВИЭ, как планируют в правительстве, до 4,5% к 2020 году, необходимы вложения в объеме 50 млрд. долларов. Поэтому дополнительные средства в 10 млн. долларов будут направлены корпорацией на создание условий для инвестиций на федеральном и региональном уровнях, а также на помощь банкам в разработке финансовых продуктов для возобновляемой энергетики. Тем не менее, пока основные инвестиции в развитие сектора альтернативной энергетики в России направляются не в генерацию «чистой» энергии, а в производство энергетического оборудования или источников для производства энергии, например, топливных гранул.

Долгий путь

Помимо неразвитой нормативно-правовой базы и отсутствия ощутимой государственной поддержки альтернативной энергетики в России, ещё одним препятствием на пути её развития является безразличие большинства потребителей. Из-за огромных запасов углеводородного сырья мы привыкли к относительно дешёвой энергии в практически неограниченных масштабах. Альтернативная же энергетика – это энергетика, основанная на совершенно другом подходе, на том, что энергию нужно экономить, а производить её – не истощая природные ресурсы. Поэтому прежде чем произойдёт переход к использованию ВИЭ, в сознании россиян сначала должна укорениться необходимость в экономии энергии, и созданы определённые возможности для энергоэффективного потребления.

Также стоит отметить, что альтернативная энергетика считается децентрализованной энергетикой, поскольку в основном строятся электростанции малой мощности, базирующиеся на местных источниках энергии. Учитываю специфику государственной власти в России и её стремление к централизации любой власти и ресурсов, в особенности энергетических, есть основания сомневаться в искренности заявлений первых лиц государства о серьёзности намерений развивать альтернативную энергетику. Таким образом, путь к полноценному повсеместному использованию энергии ветра, солнца, биомассы и воды в России может оказаться долгим.

Развитие альтернативной энергетики

Направление считается новым, хотя попытки использовать энергию ветра, воды и солнца предпринимались ещё в 18 веке. В 1774 году издан первый научный труд по гидротехническому строительству – «Гидравлическая архитектура». Автор работы – французский инженер Бернар Форест де Белидор. После издания труда почти на 50 лет развитие зелёного направления застыло.

  • 1846 – первая ветроустановка, проектировщик – Пол ла Кур.
  • 1861 – патент на изобретение солнечной электростанции.
  • 1881 – постройка гидроэлектростанции на Ниагарском водопаде.
  • 1913 – сооружение первой геотермальной станции, инженер – итальянец Пьеро Джинори Конти.
  • 1931 – постройка первой промышленной ветряной станции в Крыму.
  • 1957 – установка в Нидерландах мощной ветротурбины (200 кВт), подключённой к государственной сети.
  • 1966 – строительство первой станции, вырабатывающей энергию на основе волн (Франция).

Новый толчок в развитии альтернативная энергетика получила в период жёсткого кризиса 1970 годов. С 90-ых годов по начало 21 века в мире зафиксировано критическое количество аварий на электростанциях, что стало дополнительным стимулом разработки зелёной энергии.

Альтернативная энергетика в России

Доля альтернативной энергетики в нашей стране занимает примерно 1% (по данным Минэнерго). К 2020 году планируется увеличить этот показатель до 4,5%. Развитие зелёной энергии будет проводиться не только средствами Правительства. РФ привлекает частных предпринимателей, обещая небольшой возврат средств (2,5 копеек за 1 кВт в час) тем бизнесменам, которые вплотную займутся альтернативными разработками.

Потенциал развития зелёной энергии в РФ огромен:

  • океанские и морские побережья, Сахалин, Камчатка, Чукотка и др. территории ввиду малой заселённости и застроенности могут использоваться в качестве источников ветровой энергии;
  • источники солнечной энергии в совокупности превышают то количество ресурсов, которые производятся путём переработки нефти и газа, – наиболее благоприятны в этом отношении Краснодарский и Ставропольский края, Дальний Восток, Северный Кавказ и др.

(Крупнейшая солнечная электростанция на Алтае, Россия)

В последние годы финансирование этой отрасли сократилось: планка в 333 млрд рублей опустилась до 700 млн. Это объясняется мировым экономическим кризисом и наличие неотложных проблем. На данный момент альтернативная энергетика не является приоритетным направлением в промышленности России.

Альтернативная энергетика стран мира

(Ветряные генераторы в Дании)

Наиболее динамично развивается гидроэнергетика (ввиду доступности водных ресурсов). Ветровая и солнечная энергия значительно отстают, хотя некоторые страны предпочитают двигаться именнов этих направлениях.

Так, с помощью ветряных установок добывается энергии (от общего числа):

  • 28% в Дании;
  • 19% в Португалии;
  • 16% в Испании;
  • 15% в Ирландии.

Спрос на солнечную энергию ниже, чем предложение: устанавливается половина источников от того числа, которое могут обеспечить производители.

(Солнечная электростанция в Германии)

ТОП-5 лидеров по производству зелёной энергии (данные портала вести.ру):

  1. США (24,7%) – (все типы ресурсов, более всего задействован солнечный свет).
  2. Германия – 11,7% (все виды альтернативных ресурсов).
  3. Испания – 7,8% (ветряные источники).
  4. Китай – 7,6% (все типы источников, половина из них – ветряная энергетика).
  5. Бразилия – 5% (биотопливо, солнечные и ветряные источники).

(Крупнейшая солнечная электростанция в Испании)

Одна из наиболее труднорешаемых проблем – финансы. Зачастую пользоваться традиционными источниками энергии дешевле, чем устанавливать новое оборудование. Одним из потенциально позитивных решений этой задачи является резкое поднятие цен на свет, газ и т.д., чтобы вынудить людей экономить и со временем полностью перейти на альтернативные источники.

Прогнозы развития сильно варьируются. Так, Wind Energy Association обещает,ч то к 2020 году доля зелёной энергии вырастет до 12%, а EREC предполагает, что в 2030 году уже 35% энергопотребления в мире будет обеспечиваться из возобновляемых источников.

Потребление электроэнергии в мире постоянно возрастает. Внедряются энергосберегающие технологии, однако одновременно растет количество приборов и цифровых устройств. При этом запасы горючих ископаемых уменьшаются.

Получение энергии путем сжигания вредит окружающее среде за счет выбросов продуктов сгорания и выделяемого тепла. Альтернативная энергетика лишена многих проблем традиционных способов получения энергии.

Что такое альтернативная энергетика?

Само название альтернативной энергетики говорит, что это энергетика, которая отличается от традиционной. В традиционной энергетике используются такие ресурсы, которые невозможно восполнить, и когда-нибудь они закончатся. Альтернативная энергетика – это комплекс мер получения, передачи и использования энергии возобновляемых природных ресурсов.

Россия отстает от многих стран мира по применению альтернативных источников. Основная причина – большие запасы ископаемого топлива. Пока доля возобновляемых источников в энергетике страны мала, но каждый год вводятся в эксплуатацию новые электростанции, работающие на альтернативной энергии:

  • солнечной;
  • ветровой;
  • приливной;
  • геотермальной и других.

Развитие альтернативной энергетики

Использование «зеленой» энергии считается новым методом, но попытки применения возобновляемых ресурсов в энергетике ведут историю с 18 века:

  1. В 1737-1753 французский математик Бернар Форест де Белидор написал трактат «Гидравлическая архитектура». В нем содержится 200 чертежей гидотехнических сооружений, описана идея создания «солнечного насоса».
  2. В 1846 г. Построена первая ветроустановка по проекту Поля ла Круа.
  3. 1861 г. – запатентовано изобретение солнечной электростанции.
  4. 1881 г. – построена первая ГЭС на Ниагарском водопаде.
  5. 1913 г. – под руководством итальянского инженера Пьеро Джинори Конти построена первая геотермальная ЭС.
  6. 1931 г. – первая промышленная ветровая станция в Крыму.
  7. 1966 г. – во Франции запустили первую электростанцию, работающей на энергии волн.

Нефтяной кризис 1973 года дал новый стимул развитию возобновляемой энергетики. Ряд аварий на электростанциях на рубеже веков повысил интерес инженеров к «зеленым» источникам.

Плюсы и минусы использования

Не существует идеального энергоресурса, у каждого вида есть свои преимущества и недостатки. Плюсы альтернативных источников:

  • возобновляемость: солнце, ветер, приливы, круговорот воды не закончатся миллиарды лет;
  • относительная экологическая безопасность;
  • низкая себестоимость электроэнергии.

Альтернативная энергетика не лишена недостатков, к которым относятся:

  • невысокий КПД установок, в среднем 10-20%;
  • низкая мощность генераторов, за исключением ГЭС;
  • зависимость от погоды;
  • дорогое строительство и монтаж установок.

Виды альтернативной энергетики

Альтернативная энергетика включает в себя несколько видов. Тип источника энергии определяет способы получения электричества и тепла, а также конструкцию и требования к расположению генерирующих установок.

Солнечная энергетика

Гелиоэнергетика основана на получении энергии из солнечного излучения. Выработка электричества основана на фотоэлектрическом эффекте: совокупности процессов, происходящих в полупроводниках под воздействием света. Солнечные батареи применяют и на промышленных электростанциях, ив частном порядке. Гелиоэнергетика имеет свои плюсы и минусы. Достоинства:

  • доступность и неисчерпаемость источника энергии;
  • полная безопасность для окружающей среды в процессе эксплуатации.

Но есть и недостатки:

  • зависимость от погоды, времени суток и сезона;
  • высокая стоимость оборудования;
  • необходимость дублирования другим источником энергии или накопления в аккумуляторах;
  • сложность производства и утилизации солнечных батарей, связанная с присутствием в них ядовитых веществ;
  • задействование больших площадей для размещения фотоэлементов;
  • необходимость очистки поверхностей батарей от загрязнений.

Несмотря на сложности, совокупная мощность солнечных установок в мире растет на 40-60% в год. Она превышает 1% от всего мирового энергопотребления.

Разновидность солнечной энергетики – гелиотермальная. Она применяется для преобразования солнечной радиации в тепло воды или другого энергоносителя. Гелиотермальная установка представляет собой вогнутое зеркало, которое концентрирует солнечные лучи и направляет на резервуар с жидкостью. При кипении воды паровой генератор преобразует энергию испарения в электрическую. Этот способ применяется и для бытового нагрева воды.

В России в 2016 году фотоэлементы выдавали общую мощность 60 МВт, в 2018 – 534 МВт, а в 2019 – уже 834 МВт. Самые мощные СЭС расположены в Крыму, средние – в других южных регионах: Астраханской, Самарской, Оренбургской областях, Республике Алтай.

Ветровая энергетика

Применение энергии ветра в России осложняется тем, что большая часть мест с сильными ветрами находится в труднодоступных районах Крайнего Севера. Доля ветровых станций в энергобалансе страны невелика, общая мощность станций составляет 200 МВт.

Наиболее мощные ветроэлектростанции построены в Адыгее, Ульяновской области и в Крыму. В стадии проектирования и строительства находятся станции с общей мощностью 2,5 ГВт. Энергия ветра – чистая и возобновляемая. При подключении ветровых турбин к общей электросети страны безветренная погода не вызывает перебоев электроснабжения. В автономном режиме к ветрогенераторам подключают мощные аккумуляторы, чтобы накопить энергию для безветренных периодов.

Гидроэнергетика

Гидроэлектростанции используют возобновляемый источник энергии, но относятся скорее к традиционным видам энергетики. К альтернативной энергетике причисляют ГЭС малой мощности. В России гидроэлектростанции строятся с конца 19 века, и в наше время дают пятую часть электроэнергии.

Общая мощность всех российских ГЭС превышает 48 ГВт. Принцип работы знаком каждому со школьной скамьи: вода из водохранилища под напором поступает на лопасти турбины, которая приводит в действие генератор. Строительство ГЭС осложняется затоплением больших площадей земли, включающих леса, поля, населенные пункты. Аварии на гидроэлектростанциях приводят к катастрофическим последствиям.

К видам гидроэнергетики относятся энергоустановки, работающие на энергии волн и приливов. Электростанции таких типов строятся на берегах морей. В Мурманской области экспериментальная приливная электростанция действует с 1968 года. Несколько подобных станций находится на этапе проектирования.

В мире разрабатываются и тестируются новые методы получения энергии из вод: конденсация влаги из атмосферы и температурный градиент морской воды.

Геотермальная энергетика

Геотермальные электростанции используют энергию недр Земли. Термальные воды применяют не только для выработки электричества, но и для отопления, горячего водоснабжения. Недостаток этого источника энергии в том, что для достижения достаточно горячей воды приходится бурить скважину глубиной несколько километров.

Сложно и само глубинное бурение, и закачка отработанной воды обратно в водоносный горизонт. Это экономически нецелесообразно, поэтому термальные станции строят в местах с вулканической активностью. Выход термальных источников на поверхность дает воду с температурой выше кипения, что обеспечивает высокий КПД электрогенераторов.

Энергия земных недр практически неисчерпаема: ядро остывает на 1 градус за несколько миллионов лет. При этом высвобождается тепло, в тысячи раз превышающее запас энергии во всем известном ископаемом топливе. Геотермальные станции есть в Краснодарском крае и на Курилах, а на Камчатке около 40% электроэнергии имеет геотермальное происхождение.

Биотопливо

Часть биомассы относится к традиционным источникам энергии, например, древесина, опилки. Под альтернативными источниками подразумеваются отходы сельского хозяйства и пищевой промышленности: навоз, свекольный жом, растительные жиры, отбросы рыбопереработки, водоросли.

Топливо на основе биологических отходов бывает в жидком, твердом и газообразном состоянии. Биогаз получается расщеплением отходов тремя видами бактерий. КПД газовых турбин достигает 93%, что намного превышает этот показатель у других видов котлов.

Транспортировка биомассы невыгодна, поэтому энергоустановки размещают в аграрных регионах вблизи источников сырья. Их мощность относительно невелика. Ученые открывают все новые способы получения биотоплива, что решает и энергетическую проблему, и вопрос утилизации сельскохозяйственных отходов.

Термоядерная энергетика

Управляемый синтез тяжелых атомных ядер из более легких – перспективное направление альтернативной энергетики. Исследования этого вида энергетики ведутся с 1950-х годов. Предположительно, рентабельные модели термоядерных электростанций появятся к середине 21 века.

Россия участвует в международном проекте ITER, в рамках которого впервые удалось осуществить безубыточный термоядерный синтез. Сырьем выступает водород, который получают из морской воды. При слиянии ядер нет выбросов продуктов сгорания во внешнюю среду.

В отношении радиации реактор термоядерного синтеза гораздо безопаснее ядерного реактора. Когда вырабатываемая энергия существенно превысит ту, которая затрачивается на дополнительные процессы, термоядерный синтез обеспечит электричеством все человечество.

Применение и перспективы развития различных видов альтернативных источников энергии

Жители частных домов охотнее покупают и устанавливают солнечные батареи, если государство покупает у них лишнюю энергию. Фотоэлементы монтируются на крыше, так они не требуют дополнительной площади. При подключении к общей энергосистеме в темное время суток жители пользуются входящей электроэнергией, за которую платят поставщику электричества.

Днем, во время работы солнечных батарей, энергопотребление в домах снижается, а на предприятиях – растет, поэтому образуется излишек электроэнергии. Электросчетчики могу считать электричество в обе стороны, но в России опция учета исходящей энергии у счетчиков отключена. Альтернативная энергетика в Германии и Нидерландах развивается быстрее отчасти благодаря возможности продавать пиковый излишек электричества государству. Техническая сторона несложна, дело за законодательной базой.

Размеры России способствуют развитию нетрадиционных видов энергетики. Когда на Дальнем Востоке наступает ночь, в европейской части страны еще светло. При подключении солнечных электростанций к общей энергосистеме выработка электричества фотоэлементами в среднем по стране выравнивается в течение суток.

Когда на севере страны безветренная погода, достаточно сильный ветер может быть в восточной части или на юге. В то же время, в стране есть множество труднодоступных мест, в которые сложно протянуть линию электропередач. Удаленные районы целесообразно обеспечить энергией из альтернативных источников. Несмотря на нынешнее отставание, будущее у альтернативной энергетики в России определенно есть.

Какие виды альтернативных источников энергии существуют на данный момент?

  • Гелиоэнергетика.

Солнечные батареи были изобретены достаточно давно, и сейчас вряд ли кого-то можно поистине ими удивить. В нынешнее время подобный источник энергии активно применяется во многих сферах. Его используют как в промышленных целях, так и для обеспечения энергоснабжения на частных участках. Конструкция и принцип работы такого оборудования достаточно прост. При этом его стоимость все же не позволяет использовать подобный вид автономного обеспечения энергией любому человеку.

Для продуктивной работы солнечных батарей очень важен климат. Местность, на которой подразумевается установка данной системы, должна отличаться большим количеством теплых солнечных дней в году. Установка подобного оснащения в дождливых и более холодных районах будет менее целесообразной.

  • Ветровые электростанции.

Еще одним достаточно популярным видом альтернативного источника энергии является ветер. Наиболее выгодно располагать подобные электростанции в сельских районах, в районе полей, на равнинах. Механическая энергия ветра преобразуется специальными генераторами в электроэнергию. Лопасти ветряков вращаются, получая энергию ветра, после чего она перерабатывается в используемое нами электричество.

Цена данного оборудования также не является общедоступной, будучи достаточно высокой. Тем не менее, необходимые климатические условия встречаются на большей местности и являются более приемлемыми.

  • Энергия геотермальных источников.

Данный вид энергоснабжения менее популярен, чем предыдущие. Это обусловлено тем, что горячие источники встречаются достаточно редко, и их не так много. Тем не менее, подобный ресурс также имеет место быть. Принцип работы оснащения для получения такой энергии заключается в том, что турбины приводятся в движение паром, после чего начинают функционировать электрогенераторы.

  • Энергия приливов и отливов.

В местности, где есть выход к морю или океану достаточно часто успешно используется энергия воды. Механическая сила воды во время приливов и отливов заставляет вращаться специальные турбины, установленные на станции. Таким образом, она преобразуется в электроэнергию.

Электростанции подобного типа не так распространены. Не всегда их окупаемость достаточно высока, поэтому их эффективность порой не приносит реальной выгоды.

  • Энергия водорода.

Реакция водорода также может быть видом альтернативного источника энергии. Во время этого процесса может выделяться вода и тепло, а также образовываться электричество. При этом, данный способ получения энергии является экологически чистым и обладает высоким коэффициентом полезного действия.

Любые научные разработки и исследования в основном направлены на улучшение жизни людей. Одним из таких направлений, способных значительно изменить существование человека, является развитие энергетики будущего. Поэтому процесс поиска и введение в эксплуатацию новых способов получения энергии очень важен для развития общества.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *